O 68Ga é um radionuclídeo promissor para a medicina nuclear, decaindo por emissão de pósitrons com abundância de 89%, apresentando tempo de meia vida física de 68 minutos, o que é compatível com a farmacocinética de muitas biomoléculas e substratos de baixo peso molecular. Outra característica importante é a sua disponibilidade por um sistema de gerador, onde o radionuclídeo pai, 68Ge (t1/2 = 270,95 dias) é adsorvido em uma coluna e o filho, 68Ga, é eluído na forma iônica 68Ga3+. O desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga teve início na década dos anos 60, mas o seu uso clínico começou a ser aceitável e relevante apenas recentemente. O método de separação do 68Ge do 68Ga mais utilizado é o sistema cromatográfico de troca iônica, devido sua praticidade de operação, mas outros sistemas de geradores já foram propostos, como de extração por solvente e técnica de evaporação. Atualmente, os geradores de 68Ge/68Ga são disponíveis comercialmente tanto com colunas utilizando matrizes inorgânicas preparadas com TiO2 ou SnO2 como também usando resina orgânica. A eficiência de eluição do 68Ga varia de 70 % a 80 %, apresentando uma queda ao longo do tempo. Os níveis de contaminação do 68Ge vão de 10-2 a 10-3 %, porém ocorre um aumento nos níveis de contaminação após longos períodos de uso. Mesmo com todos os avanços tecnológicos, ocorridos nas últimas décadas, no desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga, o eluato de 68Ga dos geradores comerciais ainda não é adequado para uso direto em seres humanos e algumas melhorias nos sistemas precisam ser feitas para diminuir os níveis de contaminação de 68Ge e impurezas químicas. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de gerador de 68Ge/68Ga com o qual se pudesse eluir o 68Ga com qualidade necessária para uso clínico. O comportamento químico do Ge e do Ga foi avaliado em vários materiais adsorvedores inorgânicos. Foram desenvolvidos dois tipos de sistemas de geradores de 68Ge/68Ga utilizando o TiO2 como material adsorvedor: sistema de eluição com pressão manual e sistema de eluição a vácuo, controlado. As eficiências dos geradores foram similares às encontradas nos geradores comerciais, assim como os níveis de impurezas no eluato. Um novo método para o controle radionuclídico foi desenvolvido e apresentou resultados satisfatórios para determinação da contaminação do 68Ge no eluato do gerador. Foi proposto um protótipo de gerador capaz de fornecer 68Ga com a qualidade necessária para ser utilizado em aplicações médicas. / The 68Ga is a promising radionuclide for nuclear medicine, decaying by positron emission with an abundance of 89%, with physical half-life of 68 minutes, which is compatible with the pharmacokinetics of many biomolecules and low molecular weight substrates. Another important feature is its availability through a generator system, where the parent radionuclide, 68Ge (t1/2 = 270.95 days) is adsorbed on a column and the daughter, 68Ga, is eluted in an ionic form 68Ga3+. The development of 68Ge/68Ga generators began in the 60s, but its clinical use began to be acceptable and relevant only recently. The method of separation of 68Ge and 68Ga most used is the ion-exchange chromatographic system, due to its practical operation, but other generator systems have been proposed, such as solvent extraction and evaporation technique. Currently, 68Ge/68Ga generators are commercially available using inorganic matrices columns prepared with TiO2 or SnO2 as well using organic resin. The efficiency of 68Ga elution ranges from 70% to 80%, decreasing over time. The 68Ge breakthrough varies from 10-2 to10-3 % or lower in a fresh generator, but there is an increase in the levels of contamination after long periods of use. Even with all the technological advances in the development of 68Ge/68Ga generators in the past decades, the 68Ga eluted from commercial generators is not suitable for direct use in humans and some improvements in the systems need to be made to reduce the 68Ge breakthrough and chemical impurities levels. The main objective of this work was to develop a 68Ge/68Ga generator system is which 68Ga could be eluted with quality required for clinical use. The chemical behavior of Ge and Ga was evaluated on various inorganic adsorbents materials. Two types of 68Ge/68Ga generator systems were developed using TiO2 as adsorbent material: elution system with manual pressure and vacuum controlled. The efficiencies of the generators were similar to those found in commercial generators, as well as the impurity levels in the eluate. A new method for radionuclidic control was developed and showed good results for the determination of 68Ge breakthrough in 68Ga eluate. It was proposed a prototype 68Ga generator capable of providing the quality needed for use in medical applications.

O 68Ga é um radionuclídeo promissor para a medicina nuclear, decaindo por emissão de pósitrons com abundância de 89%, apresentando tempo de meia vida física de 68 minutos, o que é compatível com a farmacocinética de muitas biomoléculas e substratos de baixo peso molecular. Outra característica importante é a sua disponibilidade por um sistema de gerador, onde o radionuclídeo pai, 68Ge (t1/2 = 270,95 dias) é adsorvido em uma coluna e o filho, 68Ga, é eluído na forma iônica 68Ga3+. O desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga teve início na década dos anos 60, mas o seu uso clínico começou a ser aceitável e relevante apenas recentemente. O método de separação do 68Ge do 68Ga mais utilizado é o sistema cromatográfico de troca iônica, devido sua praticidade de operação, mas outros sistemas de geradores já foram propostos, como de extração por solvente e técnica de evaporação. Atualmente, os geradores de 68Ge/68Ga são disponíveis comercialmente tanto com colunas utilizando matrizes inorgânicas preparadas com TiO2 ou SnO2 como também usando resina orgânica. A eficiência de eluição do 68Ga varia de 70 % a 80 %, apresentando uma queda ao longo do tempo. Os níveis de contaminação do 68Ge vão de 10-2 a 10-3 %, porém ocorre um aumento nos níveis de contaminação após longos períodos de uso. Mesmo com todos os avanços tecnológicos, ocorridos nas últimas décadas, no desenvolvimento dos geradores de 68Ge/68Ga, o eluato de 68Ga dos geradores comerciais ainda não é adequado para uso direto em seres humanos e algumas melhorias nos sistemas precisam ser feitas para diminuir os níveis de contaminação de 68Ge e impurezas químicas. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um sistema de gerador de 68Ge/68Ga com o qual se pudesse eluir o 68Ga com qualidade necessária para uso clínico. O comportamento químico do Ge e do Ga foi avaliado em vários materiais adsorvedores inorgânicos. Foram desenvolvidos dois tipos de sistemas de geradores de 68Ge/68Ga utilizando o TiO2 como material adsorvedor: sistema de eluição com pressão manual e sistema de eluição a vácuo, controlado. As eficiências dos geradores foram similares às encontradas nos geradores comerciais, assim como os níveis de impurezas no eluato. Um novo método para o controle radionuclídico foi desenvolvido e apresentou resultados satisfatórios para determinação da contaminação do 68Ge no eluato do gerador. Foi proposto um protótipo de gerador capaz de fornecer 68Ga com a qualidade necessária para ser utilizado em aplicações médicas. / The 68Ga is a promising radionuclide for nuclear medicine, decaying by positron emission with an abundance of 89%, with physical half-life of 68 minutes, which is compatible with the pharmacokinetics of many biomolecules and low molecular weight substrates. Another important feature is its availability through a generator system, where the parent radionuclide, 68Ge (t1/2 = 270.95 days) is adsorbed on a column and the daughter, 68Ga, is eluted in an ionic form 68Ga3+. The development of 68Ge/68Ga generators began in the 60s, but its clinical use began to be acceptable and relevant only recently. The method of separation of 68Ge and 68Ga most used is the ion-exchange chromatographic system, due to its practical operation, but other generator systems have been proposed, such as solvent extraction and evaporation technique. Currently, 68Ge/68Ga generators are commercially available using inorganic matrices columns prepared with TiO2 or SnO2 as well using organic resin. The efficiency of 68Ga elution ranges from 70% to 80%, decreasing over time. The 68Ge breakthrough varies from 10-2 to10-3 % or lower in a fresh generator, but there is an increase in the levels of contamination after long periods of use. Even with all the technological advances in the development of 68Ge/68Ga generators in the past decades, the 68Ga eluted from commercial generators is not suitable for direct use in humans and some improvements in the systems need to be made to reduce the 68Ge breakthrough and chemical impurities levels. The main objective of this work was to develop a 68Ge/68Ga generator system is which 68Ga could be eluted with quality required for clinical use. The chemical behavior of Ge and Ga was evaluated on various inorganic adsorbents materials. Two types of 68Ge/68Ga generator systems were developed using TiO2 as adsorbent material: elution system with manual pressure and vacuum controlled. The efficiencies of the generators were similar to those found in commercial generators, as well as the impurity levels in the eluate. A new method for radionuclidic control was developed and showed good results for the determination of 68Ge breakthrough in 68Ga eluate. It was proposed a prototype 68Ga generator capable of providing the quality needed for use in medical applications.

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Somatostatinrezeptoren (SSTRs) hemmen die Hormonsekretion und Proliferation in einer Vielzahl von neuroendokrinen Geweben. Eine erhöhte Dichte dieser Rezeptoren konnte im Zusammenhang mit verschiedenen Schilddrüsenpathologien nachgewiesen werden. Mittels Gallium-68 (Ga-68) DOTA-Phe(1)-Tyr(3)-Octreotid (DOTATOC) Positronen-Emissions-Tomographie (PET), einem nuklearmedizinischen Untersuchungsverfahren, ist die funktionelle Darstellung der SSTR-Expression in vivo möglich. Unser Studienziel war es, den Ga-68-DOTATOC Uptake als Korrelat für die SSTR-Dichte in gesundem und pathologisch verändertem Schilddrüsengewebe zu quantifizieren. Die Ga-68-DOTATOC PET Bilder von insgesamt 165 Patienten wurden mittels (ROI)- Technik ausgewertet und die Studienteilnehmer verschiedenen Schilddrüsenpathologiegruppen zugeordnet. Ergänzend erfolgte eine schilddrüsenspezifische Anamnese, eine Ultraschalluntersuchung der Schilddrüse, sowie die Bestimmung der Laborparameter TSH and Anti-TPO-Antikörper für jeden Studienteilnehmer. Normale Schilddrüsen, ohne eine erkennbare Pathologie, zeigten eine klar nachweisbare SSTR-Expression mit einer großen Spannweite innerhalb der ermittelten TBR-Werte. In acht Fällen war es möglich, Folgeuntersuchungen von Patienten mit normaler Schilddrüse, aber erhöhten Uptake-Werten in der Gallium-68-DOTATOC PET Untersuchung, auszuwerten (TBR>4). Der Abstand der durchgeführten Kontrollen lag im Mittel bei 11,4 Monaten mit einer Spannweite von sechs bis vierzehn Monaten. In keiner der durchgeführten Kontrolluntersuchungen konnte eine neu aufgetretene Schilddrüsenpathologie nachgewiesen werden. Eine erhöhte SSTR-Dichte (TBR>3.4) zeigte sich zudem im Fall von autonomen Adenomen, disseminierten Schilddrüsenautonomien, sowie bei den meisten Patienten (fünf von acht) mit aktiven Hashimoto-Thyreoiditiden. Vor allem die gesunden Schilddrüsen von männlichen Studienteilnehmern fielen mit erhöhten Radiotraceruptake-Werten in der durchgeführten Untersuchung auf. Diese unterschieden sich signifikant von der Gruppe weiblicher Studienteilnehmer mit normaler Schilddrüse. Patienten ohne eine nachweisbare Schilddrüsenpathologie, aber mit erhöhten Uptake-Werten (TBR>4.0), zeigten in den späteren Kontrolluntersuchungen keinen Hinweis auf eine sich entwickelnde Pathologie, speziell keine Hinweise auf eine sich entwickelnde Hashimoto-Thyreoidititis. Alle Patienten mit verschiedenen Formen der Schilddrüsenautonomie zeigen einen erhöhten DOTATOC Uptake in unserer Studie.

Somatostatinrezeptoren (SSTRs) hemmen die Hormonsekretion und Proliferation in einer Vielzahl von neuroendokrinen Geweben. Eine erhöhte Dichte dieser Rezeptoren konnte im Zusammenhang mit verschiedenen Schilddrüsenpathologien nachgewiesen werden. Mittels Gallium-68 (Ga-68) DOTA-Phe(1)-Tyr(3)-Octreotid (DOTATOC) Positronen-Emissions-Tomographie (PET), einem nuklearmedizinischen Untersuchungsverfahren, ist die funktionelle Darstellung der SSTR-Expression in vivo möglich. Unser Studienziel war es, den Ga-68-DOTATOC Uptake als Korrelat für die SSTR-Dichte in gesundem und pathologisch verändertem Schilddrüsengewebe zu quantifizieren. Die Ga-68-DOTATOC PET Bilder von insgesamt 165 Patienten wurden mittels (ROI)- Technik ausgewertet und die Studienteilnehmer verschiedenen Schilddrüsenpathologiegruppen zugeordnet. Ergänzend erfolgte eine schilddrüsenspezifische Anamnese, eine Ultraschalluntersuchung der Schilddrüse, sowie die Bestimmung der Laborparameter TSH and Anti-TPO-Antikörper für jeden Studienteilnehmer. Normale Schilddrüsen, ohne eine erkennbare Pathologie, zeigten eine klar nachweisbare SSTR-Expression mit einer großen Spannweite innerhalb der ermittelten TBR-Werte. In acht Fällen war es möglich, Folgeuntersuchungen von Patienten mit normaler Schilddrüse, aber erhöhten Uptake-Werten in der Gallium-68-DOTATOC PET Untersuchung, auszuwerten (TBR>4). Der Abstand der durchgeführten Kontrollen lag im Mittel bei 11,4 Monaten mit einer Spannweite von sechs bis vierzehn Monaten. In keiner der durchgeführten Kontrolluntersuchungen konnte eine neu aufgetretene Schilddrüsenpathologie nachgewiesen werden. Eine erhöhte SSTR-Dichte (TBR>3.4) zeigte sich zudem im Fall von autonomen Adenomen, disseminierten Schilddrüsenautonomien, sowie bei den meisten Patienten (fünf von acht) mit aktiven Hashimoto-Thyreoiditiden. Vor allem die gesunden Schilddrüsen von männlichen Studienteilnehmern fielen mit erhöhten Radiotraceruptake-Werten in der durchgeführten Untersuchung auf. Diese unterschieden sich signifikant von der Gruppe weiblicher Studienteilnehmer mit normaler Schilddrüse. Patienten ohne eine nachweisbare Schilddrüsenpathologie, aber mit erhöhten Uptake-Werten (TBR>4.0), zeigten in den späteren Kontrolluntersuchungen keinen Hinweis auf eine sich entwickelnde Pathologie, speziell keine Hinweise auf eine sich entwickelnde Hashimoto-Thyreoidititis. Alle Patienten mit verschiedenen Formen der Schilddrüsenautonomie zeigen einen erhöhten DOTATOC Uptake in unserer Studie.

<p>Herein, the development, optimization, and evaluation of quantitative techniques are presented for dynamic PET studies in cancer imaging applications. Dynamic PET image analysis techniques are first applied to 18F-fluoroethyltyrosine (FET) PET imaging of glioma and brain metastasis patients. In a second application, dynamic PET image analysis techniques are applied to 68Ga-PSMA-11 PET imaging for primary prostate cancer patients. Overall, the application of dynamic PET imaging techniques supports improved clinical outcomes and enhanced clinician confidence for treatment modifications. </p>